L'énergie solaire pérovskite devient commerciale alors que les gains de rendement s'alignent sur les forces du marché

2 février - Une expansion rapide de la capacité solaire dans les années à venir aidera à lancer des technologies solaires commerciales à pérovskite.

Les États-Unis et l'Europe étendent leur capacité de fabrication solaire pour atteindre des objectifs ambitieux en matière d'énergie renouvelable et renforcer la sécurité énergétique. Le soutien financier de la loi américaine sur la réduction de l'inflation et un nouvel ensemble de mesures annoncées par l'Union européenne le mois dernier devraient aider les développeurs de pérovskites à passer d'usines pilotes à des usines commerciales.

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L'offre mondiale de modules est actuellement dominée par la technologie établie des plaquettes de silicium monocristallin, mais les performances des cellules à base de silicium approchent de leur limite théorique et les technologies de pérovskite se sont rapidement améliorées.

Les matériaux pérovskites ont une structure cristalline et offrent de fortes propriétés d'absorption de la lumière et de charge électrique. Alors que les développeurs solaires recherchent des rendements plus élevés et un coût énergétique inférieur, les cellules tandem combinant silicium et pérovskite sont largement considérées comme la prochaine étape.

Les cellules tandem combinent une cellule solaire particulièrement efficace dans la partie infrarouge du spectre solaire avec une autre optimisée dans la gamme bleue et ultraviolette (UV). La limite de conversion théorique pour les cellules en silicium est d'environ 29 % et les cellules en tandem silicium-perovskite pourraient l'augmenter à 43 %.

Oxford PV prévoit le lancement commercial de sa cellule tandem pérovskite sur silicium cette année, prévoyant un rendement de conversion de 27 % et un rendement énergétique de 24 %, contre un rendement d'environ 20 % à 22 % pour la plupart des panneaux de silicium actuellement sur le marché.

La société prévoit d'agrandir son usine pilote près de Berlin, en Allemagne, et d'augmenter la production à 10 GW d'ici la fin de la décennie.

En France, l'institut solaire IPVF s'est associé au fabricant français Voltec Solar pour construire une usine de panneaux solaires qui produira des cellules Tandem 4T Pérovskite/Silicium. Les partenaires ont pour objectif de démarrer la production en 2025 et d'augmenter la capacité à 5 GW d'ici 2030.

Le projet vise à réduire le coût de l'énergie de 15% par rapport aux panneaux de silicium actuels, a déclaré Gregory Marque, directeur des programmes IPVF, à Reuters Events. L'institut prévoit des rendements énergétiques de 30 % ainsi qu'une baisse de la consommation d'énergie et des besoins en matériaux.

"La technologie tandem sera la technologie photovoltaïque dominante de la prochaine décennie", a déclaré Lucas Weiss, PDG de Voltec Solar, dans un communiqué. "Il est susceptible de changer le paysage concurrentiel."

Réduction des coûts

Selon les fabricants, les principaux avantages de l'incorporation de la technologie pérovskite sont des rendements énergétiques plus élevés, une plus grande transportabilité et une empreinte carbone plus faible.

Des rendements de cellule plus élevés augmentent la puissance nominale du module, réduisant le nombre de modules requis pour la même capacité de l'usine et réduisant l'installation et l'équilibre des coûts du système.

Les couches de pérovskite sont également beaucoup plus fines que les conceptions en silicium et utilisent environ 100 fois moins de matériaux, a déclaré Marque.

De plus, le matériau peut être traité à une température plus basse et à l'état liquide, permettant « des économies d'énergie et d'émissions ainsi qu'un revêtement plus facile des surfaces », selon Shankar G. Sridhara, directeur de la technologie chez le fabricant de panneaux REC Group.

Les concepts de pérovskite se traduiront par des panneaux plus flexibles et légers qui pourront être installés plus facilement sur les toits et d'autres services, a-t-il déclaré.

L'Allemagne est le plus grand marché solaire d'Europe et le gouvernement a identifié le solaire sur les toits comme un segment de croissance clé dans sa tentative de quadrupler la capacité solaire d'ici 2030. Entre-temps, le plan RePowerEU de l'UE, provisoirement approuvé par les législateurs en décembre, exige que tous les nouveaux bâtiments résidentiels, publics et commerciaux d'une certaine taille installent des panneaux solaires sur les toits. Les développeurs de fermes solaires plus grandes se tournent également vers des sites alternatifs tels que des mines désaffectées, où des services inégaux peuvent s'avérer difficiles.

Plus de travail doit être fait pour résoudre les problèmes de dégradation, a noté Sridhara.

La durée de vie des composants a un impact sur l'économie du projet et la dégradation de la pérovskite est causée par l'humidité, l'oxygène, l'irradiance UV et les températures élevées.

Oxford PV a ciblé des niveaux de dégradation inférieurs ou égaux au silicium afin que ses clients de modules puissent offrir des garanties conformes aux normes de l'industrie, a déclaré la société.

Défi de financement

Les développeurs de pérovskite ont augmenté les taux d'efficacité plus rapidement que d'autres nouveaux concepts de cellules, mais ils sont toujours confrontés aux risques associés aux technologies émergentes.

Le coût du financement est plus élevé pour les technologies moins éprouvées et les entreprises ont souvent du mal à lever des fonds pour passer des projets pilotes aux installations à l'échelle commerciale. Le lancement commercial d'Oxford PV s'est éloigné des objectifs précédents alors que la société s'attaquait aux défis de la chaîne d'approvisionnement et aux vents contraires économiques pendant la pandémie de Covid.

"Nous avons obtenu la plupart de nos fonds auprès de sources privées", a déclaré le PDG d'Oxford PV, Frank Averdung, à Reuters Events. "Une partie de notre soutien est venue des ministères allemands locaux et cela nous a donné les bonnes conditions pour étendre notre usine pilote en dehors de Berlin."

En Europe, l'UE a fourni un financement pour les activités de recherche, mais il y a eu un manque de financement disponible pour intensifier les activités, principalement en raison des règles de l'UE en matière d'aides d'État. Le nouveau programme de soutien aux technologies propres promis par la présidente de la Commission européenne Ursula von der Leyen le 17 janvier pourrait changer cela. L'UE prévoit de mobiliser les aides d'État et de canaliser les financements de l'UE vers les entreprises d'énergie renouvelable et « concentrera les investissements sur des projets stratégiques tout au long de la chaîne d'approvisionnement », a déclaré Von der Leyen lors du sommet économique de Davos en Suisse. L'UE a également rouvert les appels d'offres pour son mécanisme de fonds d'innovation qui fournira 25 milliards d'euros (27,2 milliards de dollars) de soutien sur la période 2020-2030 pour les technologies innovantes à faible émission de carbone et a lancé une alliance de l'industrie solaire photovoltaïque pour identifier les besoins d'investissement et coordonner le financement.

L'IVPF et Voltec prévoient d'accéder à des financements privés et publics pour construire leur usine en France. Par exemple, les partenaires cherchent à accéder au financement du gouvernement français pour une ligne pilote via un appel d'offres national pour des solutions énergétiques innovantes.

Les développeurs de pérovskite doivent soutenir les améliorations technologiques en cours avec des gains de fabrication qui réduiront les risques et réduiront les coûts. Les cellules solaires au silicium ont bénéficié d'années d'apprentissage de la fabrication pour construire des installations à l'échelle industrielle.

Les développeurs se méfieront également des avancées d'autres technologies solaires, mais les capacités en tandem devraient signifier que les concepts de pérovskite bénéficieront des progrès dans des domaines tels que les cellules HJT (hétérojonction) plus performantes qui combinent du silicium cristallin et un film mince de silicium amorphe en trois couches. REC Group s'attend à un taux de croissance annuel composé pour la fabrication de HJT de 70 % sur la période 2021-2026 et prévoit de construire une usine de modules HJT de 2 GW en France qui pourrait à l'avenir produire des solutions tandem HJT-perovskite.

Neil fournit des informations et des analyses à un certain nombre de publications sur l'énergie et les affaires africaines. Il rédige également des rapports sur l'Afrique pour les Nations Unies et la Banque africaine de développement.